JP2009510879A - 誤り検出及び選択的再送のための方法、装置及びシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、パケット交換通信システムにおいて使用される方法であって、第１データビットセットを有する第１パケットをソースノードからデスティネーションノードに送信するステップと、第２データビットセットを有する第２パケットを前記ソースノードから前記デスティネーションノードに送信するステップとを有し、前記第１データビットセットが前記デスティネーションノードにおいて良好に復号化できない場合、前記第２パケットはさらに、前記第１データビットセットのための第１誤り訂正ビットセットを有する方法に関する。

Description

本発明は、自動的なパケットリピートリクエストを利用するパケット交換無線通信システムのための方法及び装置に関し、特に実効データレートがこのようなシステムにおいて増加可能にする方法及び装置に関する。

無線ＬＡＮのためのＩＥＥＥ８０２．１１規格により規定されるようないくつかの無線通信システムでは、送信機がパケットと呼ばれるデータブロックにより情報を受信機に送信するパケット交換アプローチが採用されている。これらのパケットは、集中化されたネットワークにおいて又はピア・ツー・ピアネットワークにおけるアドホック方式により、基地局と異なるモバイル受信機との間で送受信することができる。データが送信機から受信機に転送される実効レートは、スループットとして知られている。

正確に受信されたパケットのみが、実効データスループットに寄与する。このスループットは、１秒当たりの通信システムにおいて正確に受信したビットの平均ビット数として定義されている。

自動リピートリクエスト（ＡＲＱ）システムでは、誤り検出アルゴリズムによりパケットがエラーを有して受信されたことが示された場合、パケットが自動的に再送される。

タイプＩハイブリッドＡＲＱシステムでは、ＦＥＣ（Ｆｏｒｗａｒｄ Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｎｇ ｃｏｄｅ）が、誤り検出アルゴリズムと組み合わされる。これは、より一般的に出現するエラーパターンがＦＥＣを用いて処理され、一般的でないエラーパターンがパケット再送をリクエストすることによって処理されることを可能にする。

ＡＲＱ又はタイプＩハイブリッドＡＲＱシステムでは、再送リクエストを開始するパケットは一般に受信機において破棄される。

タイプＩＩハイブリッドＡＲＱシステムでは、ＦＥＣは再び誤り検出アルゴリズムと組み合わされるが、再送リクエストを開始するパケットは格納され、以降に再送されたパケットコピーと組み合わされて、その構成要素となるパケットの何れかより信頼できる１つのパケットを生じさせる。

いくつかのタイプＩＩハブリッドＡＲＱシステムでは、パケットが再送される毎にさらなる冗長的な（又は誤り訂正）ビットが加えられ、各段階において、より信頼性の高い復号化が実行される。インクリメンタルな冗長性を実現する周知なコードは、ＲＣＰＣ（Ｒａｔｅ Ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ Ｐｕｎｃｔｕｒｅｄ Ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌ ｃｏｄｅ）である。キャパシティアチービングコード（ｃａｐａｃｉｔｙ ａｃｈｉｅｖｉｎｇ ｃｏｄｅ）への拡張は、畳み込みコードをターボコード又はローデンシティパリティチェックコード（ｌｏｗ−ｄｅｎｓｉｔｙ ｐａｒｉｔｙ−ｃｈｅｃｋ ｃｏｄｅ）と置換することによって実行されてきた。これらのシステムでは、パケットは最も高いコードレートにより送信され、パケットが正しく復号化されるまで、冗長ビットがインクリメンタルに送信される。

これらのシステムのそれぞれでは、前のパケットの復号化が成功するまで、新たなデータは受信機に送信されない。新たなデータが送信されない場合、データレートは制限される。１つの冗長データパケットの送信は、実効データレートを１／２に低減し、２つの冗長データパケットの送信は、実効データレートを２／３に低減する。

従って、上記問題点を解決する自動リピートリクエストパケット交換無線通信システムのための方法及び装置が必要とされる。

本発明の第１の特徴によると、パケット交換通信システムにおいて使用される方法であって、第１データビットセットを有する第１パケットをソースノードからデスティネーションノードに送信するステップと、第２データビットセットを有する第２パケットを前記ソースノードから前記デスティネーションノードに送信するステップとを有し、前記第１データビットセットが前記デスティネーションノードにおいて良好に復号化できない場合、前記第２パケットはさらに、前記第１データビットセットのための第１誤り訂正ビットセットを有する方法が提供される。

本発明の第２の特徴によると、パケット交換通信システムに使用されるソースノードであって、各データビットセットを有する各データパケットをデスティネーションノードに送信する手段と、各データパケットが前記デスティネーションノードにおいて良好に復号化されたか示す各データパケットのためのアクノリッジメントを前記デスティネーションノードから受信する手段とを有し、前記アクノリッジメントが、前記デスティネーションノードにおいてデータパケットが良好に復号化できないことを示す場合、前記送信する手段はさらに、各データビットセットを有する次のデータパケットと共に、誤りを含む前記データパケットのデータビットのための誤り訂正ビットセットを送信するよう構成されるソースノードが提供される。

本発明の第３の特徴によると、パケット交換通信システムに使用されるデスティネーションノードであって、各データビットセットを有する各データパケットをソースノードから受信する手段と、受信した各データパケットが当該デスティネーションノードにより良好に復号化することができるか判断する手段とを有し、前記デスティネーションノードによりデータパケットが良好に復号化できない場合、前記受信する手段はさらに、各データビットセットを有する次のデータパケットと共に、誤りを含む前記パケットのデータビットのための誤り訂正ビットセットを受信するよう構成されるデスティネーションノードが提供される。

本発明の第４の特徴によると、上述したソースノードとデスティネーションノードとを有するパケット交換通信システムが提供される。

図１は、本発明によるソースノード２とデスティネーションノード４とを有する無線通信システムを示す。ソースノード２は、送信されるデータをいくつかのパケットに分割し、誤り検出アルゴリズムを利用してこのデータを符号化し、各パケットをデスティネーションノード４に送信する。

デスティネーションノード４がパケットを受信すると、当該パケットが正しく受信されたか判断するため、誤り検出処理が実行され、デスティネーションノード４はソースノード２にアクノリッジメント信号を送信する。本発明のいくつかの実施例では、アクノリッジメント信号は１ビットを有し、一方の値（すなわち“１”）は当該パケットがエラーなく受信されたことを示し、他方の値（すなわち“０”）は受信したパケットにエラーがあることを示す。本発明の他の好適な実施例では、ＡＣＫ信号は、これまでにＫ個のパケットが送信されている場合にはＫビット又はＬビット（ＬはＫ未満である）を有する。これら他の実施例では、ＡＣＫ信号の各ビットは、デスティネーションノードに以前に送信されたある１つのパケットの状態を示す。

本発明の以下の説明では、通信システムに関するいくつかの仮定がなされている。第１に、アクノリッジメント（ＡＣＫ）信号はエラー及び遅延はない。第２に、アクノリッジメント信号は、次の送信がなされる前にソースノード２において受信される。第３に、デスティネーションノード４は、ソースノード２により送信に用いられるレートを知っている。第４に、平均ＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）とチャネル分布が知られている。チャネル分布は、チャネル測定処理から取得したモデルに基づくものとすることが可能であり、平均ＳＮＲは、ゆっくりと変化し、長期の観察において正確に計算可能なパラメータ、又はワーストケースシナリオに対応する固定された値に設定されたパラメータである。この仮定は、平均的なデータスループットが決定されることを可能にする。簡単化のため、第５の仮定は、パケット期間は固定されるというものである。しかしながら、本発明の実施例では、固定されたパケット期間が要求されるものでないということは容易に理解されるであろう。さらに、図示された実施例では、パケットを送信するのに利用されるデータレートは一定である。しかしながら、本発明の他の実施例では、パケットを送信するのに利用されるデータレートはパケット毎に変化する。

上述されるように、タイプＩＩハイブリッドＡＲＱシステムでは、ＦＥＣは誤り検出アルゴリズムと組み合わされ、再送リクエストを開始するパケットが格納され、以降において再送されたパケットのコピーと組み合わされ、それを構成する各パケットの何れかより信頼できる１つのパケットが生成される。さらなるタイプＩＩハイブリッドＡＲＱシステムでは、パケットが再送される毎に、新たな冗長（又は誤り訂正）ビットが追加され、各段階において、より信頼性の高い復号化が実行される。しかしながら、これらのシステムでは、エラーのあるパケットが復元されるまで、又は指定された時間が経過するまで、新たなデータビットはデスティネーションノード４に送信されない。

本発明によると、データパケットがデスティネーションノード４において受信され、誤り訂正アルゴリズム（存在する場合）がデータパケットにおけるエラーを訂正することができないとき、再送リクエストがソースノード２に送信される。図２は、本発明による方法を示す。

ステップ１０２において、データパケットがデスティネーションノード４により受信される。デスティネーションノード４は、誤り訂正アルゴリズムを利用して、受信したデータパケットから受信したコードワードを生成する（ステップ１０４）。適切な誤り訂正アルゴリズムの具体例として、ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ ｐｕｎｃｔｕｒｅｄ ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌ ｃｏｄｅ、ｔｕｒｂｏ ｃｏｄｅ、ｌｏｗ ｄｅｎｓｉｔｙ ｐａｒｉｔｙ ｃｈｅｃｋ ｃｏｄｅ（ＲＣＰＣ、ＲＣ−ＴＣ、ＲＣ−ＬＤＰＣ）があげられる。

その後ステップ１０６において、受信したコードワードにエラーがあるか検出するため、誤り検出アルゴリズムが使用される。本発明の好適な実施例では、誤り検出アルゴリズムとして、ＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ）が利用される。あるいは、１つのビットパリティチェックが利用可能である。何れのケースでも、ソースノードは、データビットと共に“チェックデータ”を有する。その後、デスティネーションノードは、それを利用して受信したデータビットの正確さを検証する。この検証が失敗した場合、受信したコードワードは正しく復号化されなかった可能性がある。

ステップ１０６において誤りが検出されなかった場合、当該パケットが誤りなく受信されたことを示すアクノリッジメント信号がソースノード２に送信される（ステップ１０８）。このアクノリッジメント信号は、上述されるような１以上のビットを有する。その後、デスティネーションノード４は、次のデータパケットの受信を待機する（ステップ１１０）。

受信したコードワードに誤りが検出された場合、当該プロセスはステップ１１２に移行し、デスティネーションノード４は、当該パケットが誤りを有して受信されたことを示すアクノリッジメント信号（１以上のビットを有する）をソースノード２に送信する。

本発明によると、ステップ１１２において送信されたアクノリッジメント信号に応答して、ソースノード２は、前のパケットにおけるデータ及びデスティネーションノード４に送信される次のパケットにおける新たなデータのための冗長ビットを送信する。この冗長ビットは、使用される誤り訂正アルゴリズムに適した方法により求められる。例えば、ＲＣＰＣのケースでは、冗長ビットは、パケットが畳み込みコードを利用してまず符号化されると求められ、ソースノードにより格納される。典型的には、このようなコードは、受信機がより高い信頼性により追加的な各パケットを復号化することが可能となるよう構成される。

あるいは、冗長ビットは、それらがデスティネーションノードへの送信に要求されるとき、ソースノードにより求めることが可能である。正確な実現形態は、システムに用いられる誤り訂正アルゴリズムに依存する。

本発明のさらなる他の実施例では、追加的な冗長ビットは、データビットと共に初期的に送信された冗長ビットを生成するのに使用されたものと異なる誤り訂正アルゴリズムを利用して生成することができる。異なる誤り訂正アルゴリズムが他のものより良好に特定の誤りを訂正することが可能であるとき、本発明の当該実施例は、送信されたパケットの受信が成功可能となる可能性を増大させる。

デスティネーションノード４では、パケットが受信され（ステップ１１４）、このパケットの新たなデータは、受信したコードワードを決定するため誤り訂正段階（ステップ１０４）にわたされる。その後、この新たなデータについて当該プロセスが上述したように続けられる。例えば、受信したコードワードが誤りを含まない場合、すなわち、新たなデータが良好に受信された場合、この新たなデータに関するポジティブなアクノリッジメント信号がソースノードに送信される（ステップ１０８）。しかしながら、新たなデータが良好に受信されなかった場合、この新たなデータに関するネガティブなアクノリッジメント信号がソースノードに送信され（ステップ１１２）、デスティネーションノード４が、次のパケットの新たなデータに対する冗長ビットの受信を待機する（ステップ１１４）。

前のパケットのデータのための冗長ビットが、現在誤りが訂正可能であるか判断するため、前のパケットからのデータと共に誤り訂正段階（ステップ１０４）に提供される。修正されたコードワードが生成され、誤り検出アルゴリズムが、この修正されたコードワードに誤りがあるか判断する（ステップ１０６）。

前のデータの誤りが追加的な冗長ビットを用いて訂正可能である場合、当該データが良好に受信されたことを示すアクノリッジメント信号がソースノードに送信され（ステップ１０８）、当該処理が次のデータパケットにより繰り返される。

前のデータの誤りが追加的な冗長ビットを用いて訂正できない場合、前のデータが良好に受信されなかったことを示すアクノリッジメント信号がソースノードに送信され（ステップ１１２）、デスティネーションノード４は、ソースノード２からの前のパケットのデータのためのさらなる冗長ビットの受信を待機する。上述されるように、このさらなる冗長ビットは、前の冗長ビットを生成するのに利用されたものと異なる誤り訂正アルゴリズムから生成された冗長ビットを有するか、又は異なる誤り訂正アルゴリズムにより生成されてもよい。

これらさらなる冗長ビットがソースノード２から受信されると、当該プロセスはステップ１１０に戻り、前のデータの誤りが以前に受信した冗長ビット及びさらなる冗長ビットを用いて訂正可能であるか判断される。その後、当該プロセスは上述されるように継続される。

本発明の他の実施例では、各パケットの該当する新たなデータと一緒には、冗長ビットは含まれないかもしれない。これは、図２の誤り訂正ステップ（ステップ１０４）がパケットの新たなデータについてスキップされる可能性があることを意味する。新たなデータに誤りが検出された場合（ステップ１０６）、次のパケットに冗長ビットが受信されると、誤り訂正が実行可能である。

本発明のさらなる他の実施例では、デスティネーションノード４は、前に受信したデータパケットがデスティネーションノード４において良好に復号化できなかった場合、アクノリッジメント信号をソースノード２に送信しないようにすることができる（ステップ１１２）。ソースノード２が所定の時間内にアクノリッジメント信号を受信しない場合、ソースノード２は、１以上の前のパケットが誤りを有して受信されたと想定し、このため、上述されるように次のパケットに誤り訂正ビットを含んでいることを想定する。

図３は、本発明による一例となるパケット構造を示す。ソースノード２からデスティネーションノード４に送信されるデータは、Ｋ個のパケットから構成される“スーパー”パケットに分割される。このスーパーパケットはまた、Ｋ−パケットとして記載される。

図３は、（Ｋ−１）個の連続するパケットがＫ−パケットにおいて誤りを有するときの一例となるパケット構造を示す。一般に、（Ｋ−１）個未満の連続するパケットが誤りを有している可能性があり、これら連続する誤ったパケットは最初のパケットにおいてスタートする必要はない。さらに、Ｋ−パケット内には誤ったパケットの２以上の連続するバーストが存在する可能性がある。しかしながら、各バーストについて、バーストの長さとスタートポジションに関係なく、パケット符号化を実行する方法は同じである。使用されたデータレートと使用されるべき他のパラメータは、実際の状況に依存する。図３のすべてのタイミング期間はパケットインターバルに対して正規化され、これにより、パケットインターバルは１秒として扱われる。

Ｄ_ｋ及びＰ_ｋは、パケットにおいて送信されるビットタイプを示す。Ｄ_ｋはデータビットを示し、上述されるように、冗長又は誤り検出ビットを有することが可能である。Ｐ_ｋはＤ_ｋのためのさらなる冗長ビットを示す。Ｄ_ｋとＰ_ｋとの間の主要な区別は、新たなデータビットがまずＤ_ｋに導入されるということである。

図３に示される一例となるパケット構造では、すべてのパケットが誤りを有して受信され、このため、以降の各パケットは前のパケットの冗長ビットと、何れか以前のパケットのさらなる冗長ビットを有する。例えば、Ｐｋｔ１が誤りを有して受信され、Ｐｋｔ１（Ｐ_１）のデータの冗長ビットがＰｋｔ２において送信される。Ｐｋｔ２の新たなデータ（Ｄ_２）はまた誤りを有して受信され、当該データ（Ｐ_２）の冗長ビットが第３のパケット（Ｐｋｔ３）に含まれる。Ｐｋｔ２のＤ_１の第１冗長ビットセットは、Ｄ_１における誤りを訂正するのに十分でなく、このため、Ｄ_１のさらなる冗長ビットがＰｋｔ３において送信される。

各パケット（Ｄ_３など）における新たなデータビットのビット数は送信された冗長ビット（Ｐ_１及びＰ_２、又はＰ_１若しくはＰ_２など）のビット数に依存するため、誤り訂正ビット生成アルゴリズムは、各パケットにおいて送信された異なるビット数のデータビットを処理することが可能となるよう選択される。

上述した発明の実施例として、２つのパケットＰｋｔ１とＰｋｔ２を考える。Ｐｋｔ１のデータＤ_１が誤りを有して受信されたと仮定する。Ｐｋｔ２は、Ｐｋｔ１のデータのための冗長ビットＰ_１を有する。Ｄ_２により示されるＰｋｔ２の新たなデータビットは、Ｐ_１及びＤ_１と同じ方法により符号化され、このため、実効データレートは同一となる。

例えば、符号化のためＲＣＰＣが利用されるとき、Ｐｋｔ１の情報ビットｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４，．．．は、畳み込み符号化の後にｂ１，ｂ２，ｂ３，．．．となる。Ｐｋｔ１は、奇数ビットｂ１，ｂ３，ｂ５，．．．を有する。Ｐｋｔ１は誤りを有するため、Ｐｋｔ２は、追加的な冗長ビットｂ２，ｂ４，ｂ６，．．．を有することとなる。

Ｐｋｔ２の新たな情報ビットは、ｔ１，ｔ２，ｔ３，．．．となり、これらは、符号化後にｃ１，ｃ２，ｃ３，．．．となる。Ｐ_１及びＤ_１と同じデータレートを維持するため、ビットｃ１，ｃ３，ｃ５，．．．が第２パケットにより送信される。

図３の各記号は実際のビットコンテンツでなくビットタイプを示すのに使用されていることに留意すべきである。ソースノード２のエンコーダを利用して、冗長ビットがデータから生成される。レートコンパチブルコード畳み込みコード／ターボコード／ＬＤＰＣコードに基づく何れか適切なエンコーダが、利用可能である。

前のパケットがまだ復号化に成功していないときでさえ、新たなデータをデスティネーションノードに提供することを可能にする自動リピートリクエストパケット交換無線通信システムのための方法及び装置が提供される。

図１は、本発明による無線通信システムを示す。 図２は、本発明による方法を示す。 図３は、本発明によるシステムにおいて使用されるパケット構造を示す。

Claims (14)

1. パケット交換通信システムにおいて使用される方法であって、
   第１データビットセットを有する第１パケットをソースノードからデスティネーションノードに送信するステップと、
   第２データビットセットを有する第２パケットを前記ソースノードから前記デスティネーションノードに送信するステップと、
   を有し、
   前記第１データビットセットが前記デスティネーションノードにおいて良好に復号化できない場合、前記第２パケットはさらに、前記第１データビットセットのための第１誤り訂正ビットセットを有する方法。
2. 前記第１データビットセットが該第１データビットセットの第１誤り訂正ビットセットを用いて良好に復号化できない場合、前記ソースノードから前記デスティネーションノードに送信される第３パケットに、第３データビットセットと前記第１データビットセットのための第２誤り訂正ビットセットとを含めるステップをさらに有する、請求項１記載の方法。
3. 前記第１データビットセットが該第１データビットセットのための第１誤り訂正ビットセットを用いて良好に復号化することができず、また前記第２データビットセットが前記デスティネーションノードにおいて良好に復号化することができない場合、前記ソースノードから前記デスティネーションノードに送信される第３パケットに、第３データビットセットと、前記第１データビットセットのための第２誤り訂正ビットセットと、前記第２データビットセットのための第１誤り訂正ビットセットとを含めるステップをさらに有する、請求項１記載の方法。
4. あるデータビットセットのための各誤り訂正ビットセットは、異なる誤り訂正アルゴリズムを使用して求められる、請求項２又は３記載の方法。
5. あるデータビットセットのための各誤り訂正ビットセットは、同一の誤り訂正アルゴリズムを使用して求められる、請求項２又は３記載の方法。
6. 前記誤り訂正アルゴリズムは、ＲＣＰＣ（Ｒａｔｅ Ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ Ｐｕｎｃｔｕｒｅｄ Ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌ ｃｏｄｅ）、レートコンパチブルターボコード又はレートコンパチブルＬＤＰＣ（Ｌｏｗ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐａｒｉｔｙ Ｃｈｅｃｋ ｃｏｄｅ）から選択される、請求項４又は５記載の方法。
7. パケットを受信すると、前記デスティネーションノードは、前記パケットが良好に復号化されたか示すアクノリッジメント信号を前記ソースノードに送信する、請求項１乃至６何れか一項記載の方法。
8. 前記アクノリッジメント信号はさらに、所定数の前に受信したパケットが良好に復号化されたか示す、請求項７記載の方法。
9. 前記該当するパケットが前記デスティネーションノードに送信される前、前記誤り訂正ビットが前記ソースノードにおいて求められる、請求項１乃至８何れか一項記載の方法。
10. 前に送信されたパケットが良好に復号化されなかったことを示すアクノリッジメント信号を受信すると、前記誤り訂正ビットが前記ソースノードにおいて求められる、請求項７又は８記載の方法。
11. 各データパケットはさらに、前記パケットに含まれるデータビットのための誤り訂正ビットセットを有する、請求項１乃至１０何れか一項記載の方法。
12. パケット交換通信システムに使用されるソースノードであって、
    各データビットセットを有する各データパケットをデスティネーションノードに送信する手段と、
    各データパケットが前記デスティネーションノードにおいて良好に復号化されたか示す各データパケットのためのアクノリッジメントを前記デスティネーションノードから受信する手段と、
    を有し、
    前記アクノリッジメントが、前記デスティネーションノードにおいてデータパケットが良好に復号化できないことを示す場合、前記送信する手段はさらに、各データビットセットを有する次のデータパケットと共に、誤りを含む前記データパケットのデータビットのための誤り訂正ビットセットを送信するよう構成されるソースノード。
13. パケット交換通信システムに使用されるデスティネーションノードであって、
    各データビットセットを有する各データパケットをソースノードから受信する手段と、
    受信した各データパケットが当該デスティネーションノードにより良好に復号化することができるか判断する手段と、
    を有し、
    前記デスティネーションノードによりデータパケットが良好に復号化できない場合、前記受信する手段はさらに、各データビットセットを有する次のデータパケットと共に、誤りを含む前記パケットのデータビットのための誤り訂正ビットセットを受信するよう構成されるデスティネーションノード。
14. 請求項１２記載の少なくとも１つのソースノードと、請求項１３記載の少なくとも１つのデスティネーションノードとを有するパケット交換通信システム。
    

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